WO2021059661A1 - アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置、ならびに回路基板 - Google Patents

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ground electrode
radiating element
peripheral
antenna
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良樹 山田
尾仲　健吾
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株式会社村田製作所
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna module and a communication device equipped with the antenna module, and more specifically, to a structure of an antenna module for improving antenna characteristics.
  • Patent Document 1 discloses an antenna device in which a plurality of flat plate-shaped radiating elements (patch antennas) are formed on a rectangular substrate.
  • a flat plate-shaped ground electrode is arranged facing the radiating element, and radio waves are radiated by electromagnetic field coupling between the radiating element and the ground electrode.
  • Patent Document 1 An antenna device as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-148290 (Patent Document 1) is used, for example, in a mobile terminal such as a mobile phone or a smartphone.
  • a mobile terminal such as a mobile phone or a smartphone.
  • the antenna device may be arranged in a narrow area on the side surface of the housing.
  • a ground electrode having a sufficiently large area with respect to the radiating element in order to realize the desired antenna characteristics.
  • the antenna device is arranged in a narrow area limited as described above, it may not be possible to make the ground electrode sufficiently wide with respect to the radiating element.
  • the ground electrode may not have a symmetrical shape depending on the installation location of the antenna device or the positional relationship with peripheral devices. When the size and shape of the ground electrode are limited in this way, the lines of electric force between the radiation element and the ground electrode are disturbed, which may affect the antenna characteristics such as gain, frequency band, or directivity. is there.
  • the present disclosure has been made to solve such a problem, and an object thereof is an antenna characteristic when the size and / or shape of a ground electrode is limited in an antenna module in which a patch antenna is formed. It is to suppress the decrease of.
  • the antenna module includes a dielectric substrate on which a plurality of dielectric layers are laminated, and a radiation element, a ground electrode, and a peripheral electrode formed on the dielectric substrate.
  • the radiating element emits radio waves in the first polarization direction.
  • the ground electrode is arranged to face the radiating element.
  • the peripheral electrode is formed in a plurality of layers between the radiation element and the ground electrode, and is electrically connected to the ground electrode.
  • the peripheral electrodes are arranged at positions symmetrical with respect to at least one of the first direction parallel to the first polarization direction and the second direction orthogonal to the first polarization direction.
  • the antenna module includes a dielectric substrate on which a plurality of dielectric layers are laminated, and a first radiation element, a second radiation element, a ground electrode, and a peripheral electrode formed on the dielectric substrate. And.
  • the first radiating element and the second radiating element are arranged adjacent to each other.
  • the ground electrode is arranged so as to face the first radiating element and the second radiating element.
  • the peripheral electrodes are formed in a plurality of layers between the first radiating element and the ground electrode, and a plurality of layers between the second radiating element and the ground electrode, and are electrically connected to the ground electrode.
  • Peripheral electrodes are positioned symmetrically with respect to at least one of the first direction parallel to the polarization direction of the emitted radio waves and the second direction orthogonal to the polarization direction in each of the first radiation element and the second radiation element. Is placed in.
  • the circuit board according to the third aspect of the present disclosure is a device for supplying a high-frequency signal to a radiating element, and includes a dielectric substrate on which a plurality of dielectric layers are laminated, a ground electrode, and peripheral electrodes. ..
  • the radiating element emits radio waves in the first polarization direction.
  • the ground electrode is arranged to face the radiating element.
  • the peripheral electrode is formed in a plurality of layers between the radiation element and the ground electrode, and is electrically connected to the ground electrode.
  • the peripheral electrodes are arranged at positions symmetrical with respect to at least one of the first direction parallel to the first polarization direction and the second direction orthogonal to the first polarization direction.
  • peripheral electrodes electrically connected to the ground electrode are arranged on a plurality of layers of the dielectric substrate between the radiation element and the ground electrode. Further, the peripheral electrodes are arranged at positions symmetrical to at least one of a first direction parallel to the polarization direction of the radiating element and a second direction orthogonal to the first direction.
  • FIG. 5 is a block diagram of a communication device to which an antenna module according to the first embodiment is applied. It is a top view of the 1st example of the antenna module according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a side perspective view of the antenna module of FIG. It is a figure for demonstrating the state of the electric line of force between a radiating element and a ground electrode in the case where there is no peripheral electrode. It is a figure for demonstrating the state of the electric line of force between a radiating element and a ground electrode when there is a peripheral electrode.
  • It is a top view of the 2nd example of the antenna module according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view of the antenna module of FIG.
  • FIG. 1 It is a figure for demonstrating the antenna characteristic by the presence or absence of a peripheral electrode. It is a figure which shows the 1st modification of the arrangement of the peripheral electrode. It is a figure which shows the 2nd modification of the arrangement of the peripheral electrode. It is a perspective view of the antenna module according to Embodiment 2.
  • FIG. 2nd substrate when the antenna module of FIG. 11 is seen from the X-axis direction. It is a figure for demonstrating the antenna characteristic by the presence / absence of a peripheral electrode in Embodiment 2.
  • FIG. It is a top view of the antenna module of the modification 1. It is a top view of the antenna module of the modification 2. It is a top view of the antenna module according to Embodiment 3.
  • Embodiment 3 It is a figure for demonstrating the isolation of two polarized waves by the presence and absence of a peripheral electrode in Embodiment 3. It is a top view of the antenna module according to Embodiment 4. It is a top view of the antenna module of the modification 3. It is a top view of the antenna module of the modification 4. It is a top view of the antenna module according to Embodiment 5. It is a perspective view of the antenna module of FIG. It is a figure for demonstrating the gain characteristic of the antenna module of Embodiment 5. It is a figure for demonstrating the directivity of the antenna module of Embodiment 5. It is a side perspective view of the antenna module according to Embodiment 6.
  • FIG. 1 is an example of a block diagram of a communication device 10 to which the antenna module 100 according to the first embodiment is applied.
  • the communication device 10 is, for example, a mobile terminal such as a mobile phone, a smartphone or a tablet, a personal computer having a communication function, or the like.
  • An example of the frequency band of the radio wave used for the antenna module 100 according to the present embodiment is a radio wave in the millimeter wave band having a center frequency of, for example, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz, etc., but radio waves in frequency bands other than the above are also available. Applicable.
  • the communication device 10 includes an antenna module 100 and a BBIC 200 constituting a baseband signal processing circuit.
  • the antenna module 100 includes an RFIC 110, which is an example of a power feeding circuit, and an antenna device 120.
  • the communication device 10 up-converts the signal transmitted from the BBIC 200 to the antenna module 100 into a high-frequency signal by the RFIC 110, and radiates it from the antenna device 120. Further, the communication device 10 transmits the high frequency signal received by the antenna device 120 to the RFIC 110, down-converts the signal, and processes the signal by the BBIC 200.
  • FIG. 1 shows an example in which the antenna device 120 is formed by a plurality of feeding elements 121 arranged in a two-dimensional array, the one-dimensional array in which the plurality of feeding elements 121 are arranged in a row. It may be. Further, the antenna device 120 may have a configuration in which the feeding element 121 is provided independently. In the present embodiment, the feeding element 121 is a patch antenna having a flat plate shape.
  • the RFIC 110 includes switches 111A to 111D, 113A to 113D, 117, power amplifiers 112AT to 112DT, low noise amplifiers 112AR to 112DR, attenuators 114A to 114D, phase shifters 115A to 115D, and signal synthesizer / demultiplexer. It includes 116, a mixer 118, and an amplifier circuit 119.
  • the switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to the power amplifiers 112AT to 112DT side, and the switch 117 is connected to the transmitting side amplifier of the amplifier circuit 119.
  • the switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to the low noise amplifiers 112AR to 112DR side, and the switch 117 is connected to the receiving side amplifier of the amplifier circuit 119.
  • the signal transmitted from the BBIC 200 is amplified by the amplifier circuit 119 and up-converted by the mixer 118.
  • the transmitted signal which is an up-converted high-frequency signal, is demultiplexed by the signal synthesizer / demultiplexer 116, passes through four signal paths, and is fed to different feeding elements 121.
  • the directivity of the antenna device 120 can be adjusted by individually adjusting the degree of phase shift of the phase shifters 115A to 115D arranged in each signal path.
  • the received signal which is a high-frequency signal received by each feeding element 121, passes through four different signal paths and is combined by the signal synthesizer / demultiplexer 116.
  • the combined received signal is down-converted by the mixer 118, amplified by the amplifier circuit 119, and transmitted to the BBIC 200.
  • the RFIC 110 is formed as, for example, a one-chip integrated circuit component including the above circuit configuration.
  • the devices switch, power amplifier, low noise amplifier, attenuator, phase shifter
  • corresponding to each power feeding element 121 in the RFIC 110 may be formed as an integrated circuit component of one chip for each corresponding power feeding element 121. ..
  • FIG. 2 is a plan view of the antenna module 100 of the first example of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a side perspective view of the antenna module 100.
  • the dielectric layer is omitted so that the internal electrodes can be seen.
  • the antenna module 100 includes a dielectric substrate 130, a feeding wiring 140, peripheral electrodes 150, and ground electrodes GND1 and GND2, in addition to the feeding element 121 and RFIC 110.
  • the normal direction (radio wave radiation direction) of the dielectric substrate 130 is defined as the Z-axis direction
  • the plane perpendicular to the Z-axis direction is defined by the X-axis and the Y-axis.
  • the positive direction of the Z axis in each figure may be referred to as an upper side
  • the negative direction may be referred to as a lower side.
  • the dielectric substrate 130 includes, for example, a low temperature co-fired ceramics (LCC) multilayer substrate, a multilayer resin substrate formed by laminating a plurality of resin layers composed of resins such as epoxy and polyimide.
  • LCC low temperature co-fired ceramics
  • the dielectric substrate 130 has a substantially rectangular shape, and the feeding element 121 is arranged in a layer (upper layer) close to the upper surface 131 (the surface in the positive direction of the Z axis).
  • the power feeding element 121 may be exposed on the surface of the dielectric substrate 130, or may be arranged in an inner layer of the dielectric substrate 130 as in the example of FIG.
  • a case where only the feeding element is used as the radiating element will be described as an example, but in addition to the feeding element, a non-feeding element and / or a parasitic element may be used. It may be arranged.
  • a flat plate-shaped ground electrode GND2 is arranged in a layer (lower layer) closer to the lower surface 132 (the surface in the negative direction of the Z axis) than the power feeding element 121 so as to face the feeding element 121.
  • the ground electrode GND1 is arranged on the layer between the power feeding element 121 and the ground electrode GND2.
  • the layer between the ground electrode GND1 and the ground electrode GND2 is used as a wiring region.
  • a wiring pattern 170 that forms a power supply wiring for supplying a high-frequency signal to the radiating element, a stub and a filter connected to the power supply wiring, and a connection wiring for connecting to other electronic components is arranged. Has been done.
  • the wiring region in the dielectric layer on the side opposite to the feeding element 121 of the ground electrode GND1 in this way, unnecessary coupling between the feeding element 121 and each wiring pattern 170 can be suppressed.
  • the RFIC 110 is mounted on the lower surface 132 of the dielectric substrate 130 via the solder bumps 160.
  • the RFIC 110 may be connected to the dielectric substrate 130 by using a multi-pole connector instead of the solder connection.
  • a high frequency signal is supplied from the RFIC 110 to the feeding point SP1 of the feeding element 121 via the feeding wiring 140.
  • the power feeding wiring 140 rises from the RFIC 110 through the ground electrode GND2 and extends the wiring region. Then, the feeding wiring 140 rises from directly below the feeding element 121 through the ground electrode GND1 and is connected to the feeding point SP1 of the feeding element 121.
  • the feeding point SP1 of the feeding element 121 is arranged at a position offset in the positive direction of the Y axis from the center of the feeding element 121.
  • radio waves having the Y-axis direction as the polarization direction are radiated from the feeding element 121.
  • the peripheral electrode 150 is formed on a plurality of dielectric layers between the feeding element 121 and the ground electrode GND1 at the end of the dielectric substrate 130.
  • peripheral electrodes 150 are arranged along each side of the rectangular feeding element 121 when viewed in a plan view from the normal direction (the positive direction of the Z axis) of the dielectric substrate 130.
  • the peripheral electrodes 150 arranged along each side are arranged at positions symmetrical with respect to the polarization direction (Y-axis direction) of the feeding element 121 and the direction orthogonal to the polarization direction (X-axis direction). ..
  • the peripheral electrodes 150 are arranged so as to overlap each other in the stacking direction. That is, the peripheral electrode 150 forms a virtual conductor wall along each side of the dielectric substrate 130.
  • the peripheral electrodes 150 adjacent to each other in the stacking direction are electrically connected to each other by vias 155. Further, the peripheral electrode 150 at the bottom is electrically connected to the ground electrode GND1 by the via 155. That is, the peripheral electrode 150 has a configuration substantially equivalent to a configuration in which the end portion of the ground electrode GND1 is extended in the stacking direction.
  • the peripheral electrodes 150 do not have to have the same shape. For example, the electrode size may be increased in the stacking direction of the dielectric substrate 130 as it approaches the ground electrode GND.
  • the vias 155 formed in the dielectric layers adjacent to each other in the stacking direction are arranged so as not to overlap each other when viewed in a plan view from the normal direction of the dielectric substrate 130.
  • the conductive material (typically copper) forming the via 155 has a smaller compressibility when pressurized than the dielectric material. Therefore, if all the vias 155 of each layer are arranged at the same position when viewed in a plan view from the normal direction of the dielectric substrate 130, when the dielectric substrate 130 is pressure-pressed for crimping the dielectric layer, The reduction rate of the thickness of the via 155 portion becomes smaller than that of the other dielectric portions, which may cause a variation in the thickness of the entire dielectric substrate 130. Therefore, as described above, the thickness accuracy of the dielectric substrate 130 after molding can be improved by setting the vias 155 of the dielectric layers adjacent to each other in the stacking direction at different positions.
  • the electrical connection between the peripheral electrodes 150 and between the peripheral electrode 150 and the ground electrode GND1 is not limited to the direct connection by the via 155, and a part or all of the peripheral electrodes may be capacitively coupled. Including.
  • radio waves are radiated by electromagnetic field coupling between the radiating element and the ground electrode. Then, in order to realize the desired antenna characteristics, it is necessary to arrange a ground electrode having a sufficiently large area with respect to the radiating element.
  • the ground electrode may not have a symmetrical shape depending on the installation location of the antenna device or the positional relationship with peripheral devices.
  • the size and shape of the ground electrode are limited in this way, the lines of electric force between the radiation element and the ground electrode are disturbed, which may affect the antenna characteristics such as gain, frequency band, or directivity. is there.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the state of the electric lines of force between the radiating element and the ground electrode when a sufficient area of the ground electrode cannot be secured with respect to the radiating element.
  • a high-frequency signal is supplied to the feeding element 121 (radiating element)
  • an electromagnetic field coupling occurs between the end of the feeding element 121 and the ground electrode GND1.
  • an electric line of force is emitted from one end of the feeding element 121 to the ground electrode GND1, and the electric line of force is received from the ground electrode GND1 at the other end.
  • the peripheral electrode 150 electrically connected to the ground electrode GND1 is arranged in the layer between the feeding element 121 and the ground electrode GND1. Since the distance between the peripheral electrode 150 and the feeding element 121 is shorter than the distance between the ground electrode GND1 and the feeding element 121, the degree of coupling between the feeding element 121 and the electromagnetic field coupling is higher than that of the ground electrode GND11. 150 is stronger. Therefore, in FIG. 4, the electric lines of force that wrap around to the back surface side of the ground electrode GND will be generated between the peripheral electrode 150 and the peripheral electrode 150 in FIG. As a result, radio waves are suppressed from being radiated to the back surface side of the antenna device, so that deterioration of antenna characteristics such as gain can be suppressed.
  • peripheral electrode 150 is arranged at a position symmetrical with respect to the polarization direction of the radio wave and / or the direction orthogonal to the polarization direction. As a result, the symmetry of the electric lines of force generated between the feeding element 121 and the ground electrode GND1 can be improved, so that fluctuations in the polarization direction can be suppressed.
  • the peripheral electrode 150 has a length from the surface center CP of the feeding element 121 to the end of the ground electrode GND1 along the polarization direction ( it is preferable that the distance LG) of FIG. 2 placed is less than lambda 0/2.
  • (2nd example) 6 and 7 are views showing a second example of the antenna module according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view of the antenna module 100A
  • FIG. 7 is a perspective view of the antenna module 100A. Also in FIGS. 6 and 7, the dielectric layer is omitted for the sake of simplicity.
  • the antenna module 100A of FIG. 6 is an example in which the size of the ground electrode is further limited with respect to the antenna module 100 of FIG. 2, and when the feeding element 121 is arranged in the same manner as the antenna module 100, it is viewed in a plan view.
  • the distance between the end of the power feeding element 121 and the end of the ground electrode GND1 is further narrowed.
  • the feeding element 121 is centered on the surface center CP of the feeding element 121 in order to secure the distance from the surface center CP of the feeding element 121 to the end of the ground electrode GND1 as much as possible in the polarization direction. As a result, it is arranged so as to be tilted by 45 ° around the Z axis. That is, the feeding point SP1 is arranged at a position offset by the same distance from the surface center CP of the feeding element 121 in the negative direction of the X axis and the positive direction of the Y axis.
  • the polarization direction is a direction inclined by 45 ° from the positive direction of the Y axis to the negative direction of the X axis (direction of the alternate long and short dash line CL1 in FIG. 6).
  • the feeding element 121 protrudes from the range of the ground electrode GND1 (that is, the range of the dielectric substrate 130), so that the four corners of the square feeding element 121 Is cut off, and the feeding element 121 has an octagonal shape as a whole.
  • the peripheral electrode 150A having a substantially right triangle is formed between the feeding element 121 and the ground electrode GND1 along the side along the polarization direction of the feeding element 121 and the side orthogonal to the polarization direction.
  • the peripheral electrodes 150A are arranged so that their hypotenuses face each other in the first direction parallel to the polarization direction or the second direction orthogonal to the polarization direction. In this way, by arranging the peripheral electrode 150A at a position symmetrical to the polarization direction of the radio wave and / or the direction orthogonal to the polarization direction, the degree of coupling between the power feeding element 121 and the ground electrode GND1 is increased. Moreover, by improving the symmetry of the electric power line generated between the feeding element 121 and the ground electrode GND1, the deterioration of the antenna characteristics can be suppressed.
  • FIGS. 6 and 7 show the case where the peripheral electrode 150A is a substantially right triangle, the shape of the peripheral electrode may be a triangle other than a right triangle, or a rectangular shape as shown in FIG. It may be. Further, the size of the peripheral electrode 150 is preferably equal to or larger than the length of the sides of the opposing power feeding elements 121. Further, assuming that the free space wavelength of the radio wave radiated from the feeding element 121 is ⁇ 0 , the peripheral electrode 150A is grounded from the surface center CP of the feeding element 121 along the polarization direction (direction of the one-point chain line CL1 in FIG. 6). it is preferred that the length to the end of the electrode GND1 (distance Figure 7 LGA) is disposed is less than ⁇ 0/2.
  • FIG. 8 shows the simulation results of the configuration of the antenna module 100A of the second example shown in FIG. 6 with that of Comparative Example 1 having no peripheral electrode.
  • a perspective view, a plan view, a current distribution diagram of the ground electrode, and an antenna gain of the antenna module are shown from the upper stage.
  • contour lines showing currents of the same intensity are drawn by broken lines.
  • the antenna gain the peak gain of each angle from the radiation direction (Z-axis direction) is shown in the XY plane with the surface center of the feeding element 121 as the origin.
  • the arrangement of the feeding element 121 and the ground electrode GND1 is the same as that of the antenna module 100A, but the peripheral electrode 150A is not arranged. Therefore, in the antenna module 100 # 1 of Comparative Example 1, a part of the electric lines of force wraps around the back surface of the ground electrode GND1. As a result, in the antenna module 100 # 1 of Comparative Example 1, the gain on the back surface side (particularly 120 ° to 180 °) is large, and the total peak gain is 4.8 [dBi]. In comparison with this, in the antenna module 100A having the peripheral electrode 150A, the gain on the back surface side is small, and the total peak gain is improved to 5.3 [dBi]. That is, it can be seen that the peripheral electrode 150A suppresses the wraparound of the electric lines of force to the back surface side.
  • the dimension of the ground electrode GND1 in the Y-axis direction is shorter than the dimension in the X-axis direction, and the polarization direction passes through the surface center CP of the feeding element 121.
  • the shape of the ground electrode is asymmetric. Therefore, the current distribution at the ground electrode of the antenna module 100 # 1 is a distorted ellipse with the Y-axis direction as the short axis.
  • the peripheral electrodes 150A are arranged at positions symmetrical with respect to the polarization direction and the direction orthogonal to the polarization direction. Therefore, the current distribution at the ground electrode is closer to a perfect circle than that of Comparative Example 1, and it can be seen that the symmetry of the current is improved.
  • the ground electrode By arranging the peripheral electrodes electrically connected to the ground symmetrically, the wraparound of the electric power line generated between the radiation element and the ground electrode to the back surface is suppressed, and the symmetry of the electric power line is improved. be able to. This makes it possible to suppress a decrease in antenna characteristics when the size and / or shape of the ground electrode is limited.
  • FIG. 9 is a view (side perspective view) showing a first modification of the arrangement of the peripheral electrodes.
  • the arrangement of the peripheral electrodes in the stacking direction is different from that of the antenna module 100 shown in FIG. More specifically, in the antenna module 100B, the peripheral electrodes 150B formed in the dielectric layer close to the ground electrode GND1 are arranged inside the dielectric substrate 130. In other words, the peripheral electrode 150B is arranged so that the closer it is to the ground electrode GND1 when viewed in a plan view from the normal direction of the dielectric substrate 130, the closer it is to the feeding element 121.
  • the degree of coupling between the feeding element 121 and the ground electrode GND1 can be increased, so that the antenna characteristics can be improved. Further, the dielectric material surrounded by the feeding element 121, the ground electrode GND1 and the conductor wall of the peripheral electrode 150C is reduced as compared with the configuration of the antenna module 100 shown in FIG. 2, and the feeding element 121 and the ground electrode GND1 are combined. Capacitance is reduced. This makes it possible to expand the frequency bandwidth of the radiated radio waves.
  • FIG. 10 is a view (plan view) showing a second modification of the arrangement of the peripheral electrodes.
  • the peripheral electrodes 150C are arranged in an annular shape around the feeding element 121. Even in such a shape of the peripheral electrode, since the peripheral electrode is arranged at a position symmetrical with respect to the polarization direction and the direction orthogonal to the polarization direction, the wraparound of the electric lines of force to the back surface side is suppressed. , The symmetry of the lines of electric force can be improved. Therefore, the antenna characteristics can be improved.
  • FIG. 11 is a perspective view of the antenna module 100D according to the second embodiment.
  • the antenna device 120A of the antenna module 100D is an array antenna in which a plurality of feeding elements 121 are arranged on a dielectric substrate 130A having a substantially L shape.
  • the dielectric substrate 130A includes a flat plate-shaped first substrate 1301 and a second substrate 1302 having different normal directions from each other, and a bent portion 135 connecting the first substrate 1301 and the second substrate 1302.
  • the first substrate 1301 is a rectangular flat plate whose normal direction is the Z-axis direction, and four feeding elements 121 are arranged along the Y-axis direction.
  • the RFIC 110 is arranged on the back surface side of the first substrate 1301.
  • the second substrate 1302 is a flat plate whose normal direction is the X-axis direction, and four feeding elements 121 are arranged along the Y-axis direction.
  • a notch 136 is formed at a portion to which the bent portion 135 is connected, and a protrusion 133 protruding in the positive direction of the Z axis from the notch 136 is formed.
  • At least a part of each of the feeding elements 121 arranged on the second substrate 1302 is formed in the protruding portion 133.
  • Such a configuration is used, for example, in a thin plate-shaped device such as a smartphone, when radio waves are radiated in two directions, the main surface side and the side surface side.
  • the first substrate 1301 corresponds to the main surface side
  • the second substrate 1302 corresponds to the side surface side.
  • the dimensions in the thickness direction of the device, that is, in the Z-axis direction are limited, and there may be a case where a sufficiently wide ground electrode GND1 cannot be secured.
  • the shape of the ground electrode GND1 becomes asymmetric with respect to the polarization direction passing through the surface center of each feeding element 121 due to the notch 136 for connection with the bending portion 135, and the shape of the ground electrode GND1 is changed for each feeding element 121. Will be different. Then, since the antenna characteristics of each feeding element 121 of the array antenna become non-uniform, the characteristics of the array antenna as a whole may also deteriorate.
  • the antenna characteristics of the plurality of feeding elements constituting the array antenna are made uniform, and the antenna of the entire array antenna is used. Improve properties.
  • FIG. 12 is a plan view of the second substrate 1302 when the antenna module 100D of FIG. 11 is viewed from the X-axis direction. In FIG. 12, the dielectric layer is omitted.
  • the feeding element 121 arranged on the second substrate 1302 has a configuration similar to that of the antenna module 100A described in the second example of the first embodiment.
  • each of the feeding elements 121 has an octagonal shape in which the feeding point SP1 (that is, the polarization direction) is arranged at an angle of 45 ° with respect to the Z axis, and the four corners are deleted.
  • the peripheral electrode 150A is arranged in the layer between the feeding element 121 and the ground electrode GND1 at a position facing the side along the polarization direction of the feeding element 121 and the side along the direction orthogonal to the polarization direction. Orthogonal.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the difference in antenna characteristics depending on the presence or absence of peripheral electrodes in the array antenna as shown in FIGS. 11 and 12.
  • FIG. 13 shows the simulation results of the second substrate 1302 portion of the antenna module 100D of the second embodiment and the antenna module 100 # 2 of Comparative Example 2 in which the peripheral electrode 150A is not arranged.
  • the reflection loss of the two feeding elements 121-1 and 121-2 adjacent to the middle stage is shown, and the lower stage shows the case where radio waves are radiated from the four feeding elements 121-1 to 121-4.
  • the antenna gain is shown.
  • the solid lines LN20 and LN20 # indicate the feeding element 121-1
  • the broken lines LN21 and LN21 # indicate the feeding element 121-2.
  • the antenna gain the peak gain of the main lobe ML1 of the main lobes ML1 and the side lobes SL1 and SL2 of the radio waves radiated in the X-axis direction is shown.
  • the solid line LN25 shows the antenna module 100D of the second embodiment
  • the broken line LN26 shows the antenna module 100 # 2 of the comparative example 2.
  • the frequency at which the reflection loss is reduced and the frequency bandwidth at which a predetermined reflection loss is realized are slightly deviated between the two feeding elements. .. That is, the two adjacent feeding elements have different antenna characteristics.
  • the frequency at which the reflection loss is reduced and the frequency bandwidth are substantially the same in the two adjacent feeding elements, and the variation in the antenna characteristics is reduced. ..
  • the antenna gain in the pass band is also larger in the antenna module 100D (solid line LN25) of the second embodiment than in the antenna module 100 # 2 (dashed line LN26) of the comparative example 2, and the antenna characteristics. Can be seen to be improved.
  • the polarization direction and / or the polarization direction for each radiating element are limited.
  • the peripheral electrodes are arranged at positions symmetrical in the direction orthogonal to the polarization direction, the variation in the antenna characteristics between the radiating elements can be reduced, and the antenna characteristics of the antenna module as a whole can be improved.
  • Modification example 1 In the antenna module 100D of the second embodiment shown in FIGS. 11 and 12, a configuration in which peripheral electrodes are individually arranged for each adjacent feeding element has been described. In the first modification, a configuration will be described in which the antenna characteristics are further improved by sharing the peripheral electrodes of the adjacent feeding elements in the array antenna.
  • FIG. 14 is a plan view of the antenna module 100D1 according to the first modification.
  • the peripheral electrode 150A between the feeding element 121-1 and the feeding element 121-2 and the peripheral electrode 150A between the feeding element 121-3 and the feeding element 121-4 are connected electrodes 151. It is electrically connected and integrated by.
  • the peripheral electrode 150A and the connection electrode 151 may be formed by integrating individual elements instead of connecting them.
  • the area of the peripheral electrodes that receive the electric lines of force emitted from the feeding element becomes large, so that the electric lines of force that wrap around the back surface of the ground electrode GND1 can be suppressed. it can.
  • deterioration of antenna characteristics such as deterioration of antenna gain, narrowing of frequency bandwidth, and fluctuation of polarization direction can be further suppressed.
  • peripheral electrodes are standardized, the symmetry of the electric field line distribution in each feeding element may deteriorate. In such a case, the peripheral electrodes that are not standardized may deteriorate.
  • the size and / or shape of the device may be adjusted as appropriate.
  • the feeding element 121 is arranged so that the peripheral electrodes 150 themselves are in contact with each other without using the connection electrode 151 of FIG. 14, and the adjacent peripheral electrodes 150 are connected. It has become a common structure. Also in the antenna module 100D2 of FIG. 15, since the area of the peripheral electrode that receives the electric lines of force emitted from the feeding element becomes large, the antenna characteristics such as deterioration of the antenna gain, narrowing of the frequency bandwidth, and fluctuation of the polarization direction are obtained. Can be further suppressed.
  • FIG. 16 is a plan view of the antenna module 100E according to the third embodiment.
  • the antenna module 100E is an array antenna similar to the antenna module 100D of the second embodiment, except that two feeding points SP1 and SP2 are arranged in the feeding elements 121-1 to 121-4. ..
  • the direction polarized by 45 ° from the Z axis to the negative direction of the Y axis (extending direction of the alternate long and short dash line CL1) is polarized. Radio waves in the direction are emitted.
  • a radio wave having a polarization direction in a direction inclined by 45 ° from the Z axis to the positive direction of the Y axis (extending direction of the alternate long and short dash line CL2) is emitted.
  • the power feeding element 121-2 is arranged so as to be rotated by 180 ° with respect to the adjacent power feeding element 121-1. Further, the feeding element 121-4 is arranged so as to be rotated by 180 ° with respect to the adjacent feeding element 121-3. Then, between the feeding elements arranged in such a manner that they are rotated by 180 °, a high frequency signal whose phase is inverted is supplied to the same feeding point. By such phase adjustment, the phase of the radio wave in each polarization direction radiated from each feeding element can be matched. Further, by rotating the power feeding elements arranged adjacent to each other by 180 ° and arranging them, the cross polarization discrimination (XPD) can be improved.
  • XPD cross polarization discrimination
  • the peripheral electrodes 150A are arranged at positions symmetrical with respect to the feeding elements 121-1 to 121-4 in the polarization direction and the direction orthogonal to the polarization direction. As a result, it is possible to reduce the variation in the antenna characteristics between the feeding elements due to the limitation of the size and / or shape of the ground electrode GND1, and improve the antenna characteristics of the antenna module as a whole.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the isolation of two polarized waves depending on the presence or absence of peripheral electrodes in a dual polarized wave type antenna module.
  • FIG. 17 shows a simulation result of isolation between two feeding points in the antenna module 100E of the third embodiment and the antenna module 100 # 3 of the comparative example 3 in which the peripheral electrode 150A is not arranged.
  • the isolation of the antenna module 100E of the third embodiment is improved as compared with the isolation of the antenna module 100 # 3 of the comparative example 3 in the desired pass band.
  • the reflection loss and gain are improved, which in turn leads to an improvement in active impedance.
  • the ground electrode is arranged at a position symmetrical to the polarization direction and / or the direction orthogonal to the polarization direction for each radiation element.
  • the antenna characteristics can be improved even when there are restrictions on the antenna.
  • peripheral electrodes are applied to a dual polarization type array antenna
  • a dual polarization type antenna module in the case where one radiation element is used. Is also applicable.
  • FIG. 18 is a plan view of the antenna module 100F according to the fourth embodiment.
  • the antenna module 100F is a dual polarization type array antenna as in the third embodiment, except that it has a feeding element 122 in addition to the feeding element 121A as a radiating element.
  • the non-feeding element 122 is arranged in a layer between the feeding element 121A and the ground electrode GND1.
  • the power feeding wiring from the RFIC 110 penetrates the non-feeding element 122 and is connected to the feeding points SP1 and SP2 of the feeding element 121A.
  • the dimension of the non-feeding element 122 in the polarization direction is larger than the dimension of the feeding element 121A in the polarization direction. Therefore, the resonance frequency of the non-feeding element 122 is lower than the resonance frequency of the feeding element 121A.
  • the antenna module 100F is a dual band type antenna module capable of radiating radio waves in two different frequency bands.
  • the feeding element 121A and the non-feeding element 122 are arranged so that the polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the Z-axis direction due to the size limitation of the ground electrode GND1. Further, the non-feeding element 122 has an octagonal shape by removing the four corners protruding from the ground electrode GND1.
  • the feeding element 121A on the high frequency side functions as an antenna by the electromagnetic field coupling with the non-feeding element 122.
  • the non-feeding element 122 functions as an antenna by electromagnetic field coupling with the ground electrode GND1.
  • the ground electrode GND1 is not sufficiently wide with respect to the non-feeding element 122, and further, the polarization direction passing through the surface center of the non-feeding element 122. It has an asymmetrical shape.
  • Peripheral electrodes 150A are arranged on the layer. As a result, it is possible to reduce the variation in the antenna characteristics among the non-feeding elements 122 and improve the antenna characteristics of the antenna module as a whole.
  • both of the two radiating elements may be used as the feeding element.
  • FIG. 19 is a plan view of the antenna module 100F1 according to the third modification.
  • the peripheral electrodes 150A of the adjacent radiation elements of the antenna module 100F are connected by the connection electrode 151 and shared.
  • FIG. 20 is a plan view of the antenna module 100F2 according to the modified example 4.
  • the feeding element 121 is arranged so that the adjacent peripheral electrodes 150A are in contact with each other, and the peripheral electrodes 150A are shared with each other, as in the modified example 2 described with reference to FIG. It has become. Even in such a configuration, since it is possible to suppress the wraparound of the electric lines of force emitted from the non-feeding element 122 to the back surface of the ground electrode GND1, the deterioration of the antenna characteristics is further suppressed as compared with the antenna module 100F of the fourth embodiment. can do.
  • FIGS. 21 and 22 are diagrams showing the antenna module 100G according to the fifth embodiment.
  • FIG. 21 is a plan view of the antenna module 100G
  • FIG. 22 is a perspective view of the antenna module 100G.
  • the dielectric layer is omitted for the sake of simplicity.
  • the peripheral electrode 150D is arranged in place of the peripheral electrode 150A in the antenna module 100A shown in the second example of the first embodiment. Note that, in FIGS. 21 and 22, the description of the elements common to the antenna module 100A shown in FIGS. 6 and 7 will not be repeated.
  • the peripheral electrode 150D in the antenna module 100G is formed to have a size slightly smaller than the peripheral electrode 150A shown in FIGS. 6 and 7. More specifically, the peripheral electrode 150A has a shape of a substantially right triangle when the dielectric substrate is viewed in a plan view, but in the example of the peripheral electrode 150D of the fifth embodiment, the right angle of the above-mentioned right triangle is formed. It is formed in a substantially trapezoidal shape with a part of the apex portion (broken area AR1 in FIG. 21) removed. By deforming the shape of the peripheral electrodes to reduce the size in this way, it is possible to expand the space in which other elements can be arranged on the dielectric substrate.
  • FIG. 23 shows the frequency characteristics of the antenna gain
  • FIG. 24 shows the directivity.
  • FIG. 23 it is the frequency characteristic of the antenna gain in the case of the pass band having 28 GHz as the center frequency.
  • the solid lines LN40 and LN50 show the case of the antenna module 100A
  • the broken lines LN41 and LN51 show the case of the antenna module 100G.
  • the antenna gain of the antenna module 100G is smaller than that of the antenna module 100A. It is a little lower overall. However, in the target pass band (25 GHz to 29.5 GHz), an antenna gain of 7 dBi or more can be secured over the entire range.
  • the graph of FIG. 24 shows the directivity when a radio wave having a central frequency of 28 GHz is emitted, and the horizontal axis shows the angle from the normal direction of the feeding element 121 in the cross section along the polarization direction. There is. Comparing the peak gains at an angle of 0 °, it can be seen that in the case of the antenna module 100G, although it is about 0.2 dBi lower than that in the case of the antenna module 100A, a peak gain of 8 dBi can be realized. ..
  • the gain of the antenna module 100G is slightly larger than that of the antenna module 100A in the region where the angle is larger than 100 ° and the region where the angle is smaller than -100 °. This indicates that the wraparound to the back surface of the dielectric substrate is increasing. That is, in the case of the antenna module 100G, the directivity is also slightly lower than that of the antenna module 100A, but the target specification range can be achieved as a whole.
  • the antenna characteristics are slightly inferior to those of the antenna module 100A shown in FIG. 6, but the antenna characteristics are improved as compared with the case where the peripheral electrodes are not used. be able to.
  • the degree of freedom of layout in the dielectric substrate can be improved.
  • Which configuration of the antenna module 100A and the antenna module 100G is to be adopted is appropriately selected according to the required antenna characteristics and the presence or absence of elements to be arranged in the antenna module.
  • the radiating element may be formed on a dielectric substrate different from the dielectric substrate on which other elements are formed.
  • FIG. 25 is a side perspective view of the antenna module 100H according to the sixth embodiment.
  • the feeding element 121 in the antenna module 100 shown in FIG. 3 of the first embodiment is formed on the dielectric substrate 130B, and the elements other than the feeding element 121 are independent circuit boards from the dielectric substrate 130B. It has a structure formed in 300.
  • elements other than the power feeding element 121 in the antenna module 100 of FIG. 3 are arranged on the dielectric substrate 130C, and the RFIC 110 is mounted on the lower surface side of the dielectric substrate 130C.
  • the lower surface of the dielectric substrate 130B is arranged so as to face the upper surface of the dielectric substrate 130C of the circuit board 300.
  • the power feeding wiring 140 is connected to the power feeding element 121 via a connection terminal 161 arranged between the dielectric substrate 130B and the dielectric substrate 130C.
  • a connection terminal 161 a solder bump, a connection connector, or a connection cable is used.
  • the degree of freedom in arranging the equipment in the communication device can be increased by forming the circuit board on which the RFIC is arranged and the dielectric substrate on which the radiating element is formed as separate substrates. it can.
  • the circuit board may be arranged on the motherboard and the radiating element may be arranged on the housing.

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Abstract

アンテナモジュール（１００）は、複数の誘電体層が積層された誘電体基板（１３０）と、当該誘電体基板（１３０）に形成される放射素子（１２１）、接地電極（ＧＮＤ）および周辺電極（１５０）とを備える。放射素子（１２１）は、第１偏波方向に電波を放射する。接地電極（ＧＮＤ）は、放射素子（１２１）に対向して配置される。周辺電極（１５０）は、放射素子（１２１）と接地電極（ＧＮＤ）との間の複数の層に形成され、接地電極（ＧＮＤ）と電気的に接続されている。周辺電極（１５０）は、第１偏波方向に平行な第１方向および第１偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される。

Description

アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置、ならびに回路基板
　本開示は、アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置に関し、より特定的には、アンテナ特性を向上させるアンテナモジュールの構造に関する。
　特開２０１８－１４８２９０号公報（特許文献１）には、矩形状の基板に平板状の複数の放射素子（パッチアンテナ）が形成されたアンテナ装置が開示されている。特許文献１のようなパッチアンテナにおいては、放射素子に対向して平板状の接地電極が配置されており、放射素子と接地電極との間の電磁界結合によって電波が放射される。
特開２０１８－１４８２９０号公報
　特開２０１８－１４８２９０号公報（特許文献１）に開示されたようなアンテナ装置は、たとえば、携帯電話あるいはスマートフォンなどの携帯端末に用いられる。このような携帯端末においては、小型化および薄型化に対する要求が依然として高く、それに伴って内蔵されるアンテナ装置のさらなる小型化が必要とされている。特に近年では、スマートフォンの大画面化によって、筐体内におけるアンテナ装置の配置可能な領域が制限される傾向にあり、たとえば筐体の側面の狭い領域にアンテナ装置が配置される場合がある。
　パッチアンテナにおいて、所望のアンテナ特性を実現するためには、理想的には放射素子に対して十分に広い面積を有する接地電極を配置することが必要である。しかしながら、上述のように制限された狭い領域にアンテナ装置が配置される場合には、放射素子に対して接地電極を十分に広くすることができない場合が生じ得る。また、アンテナ装置の設置場所あるいは周辺機器との位置関係によって、接地電極を対称な形状とできない場合も生じ得る。このように接地電極のサイズおよび形状が制限されると、放射素子と接地電極との間の電気力線が乱れてしまい、ゲイン、周波数帯域、あるいは指向性などのアンテナ特性に影響が生じるおそれがある。
　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、パッチアンテナが形成されたアンテナモジュールにおいて、接地電極のサイズおよび／または形状が制限される場合のアンテナ特性の低下を抑制することである。
　本開示の第１の局面に係るアンテナモジュールは、複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、当該誘電体基板に形成される放射素子、接地電極および周辺電極とを備える。放射素子は、第１偏波方向に電波を放射する。接地電極は、放射素子に対向して配置される。周辺電極は、放射素子と接地電極との間の複数の層に形成され、接地電極と電気的に接続されている。周辺電極は、第１偏波方向に平行な第１方向および第１偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される。
　本開示の第２の局面に係るアンテナモジュールは、複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、当該誘電体基板に形成される第１放射素子、第２放射素子、接地電極および周辺電極とを備える。第１放射素子および第２放射素子は、互いに隣接して配置される。接地電極は、第１放射素子および第２放射素子に対向して配置される。周辺電極は、第１放射素子と接地電極との間の複数の層、および第２放射素子と接地電極との間の複数の層に形成され、接地電極と電気的に接続される。周辺電極は、第１放射素子および第２放射素子の各々において、放射される電波の偏波方向に平行な第１方向および偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される。
　本開示の第３の局面に係る回路基板は、放射素子に高周波信号を供給するための装置であり、複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、接地電極と、周辺電極とを備える。放射素子は、第１偏波方向に電波を放射する。接地電極は、放射素子に対向して配置される。周辺電極は、放射素子と接地電極との間の複数の層に形成され、接地電極と電気的に接続されている。周辺電極は、第１偏波方向に平行な第１方向および第１偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される。
　本開示によるアンテナモジュールおよび回路基板によれば、放射素子と接地電極との間の誘電体基板の複数の層に、接地電極と電気的に接続された周辺電極が配置されている。さらに、当該周辺電極は、放射素子の偏波方向に平行な第１方向および第１方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対称な位置に配置されている。このように、周辺電極を放射素子に対して対称な位置に配置することによって、放射素子において発生する電気力線を均一化することができるので、接地電極のサイズおよび／または形状が制限される場合のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
実施の形態１に従うアンテナモジュールが適用される通信装置のブロック図である。 実施の形態１に従うアンテナモジュールの第１例の平面図である。 図３のアンテナモジュールの側面透視図である。 周辺電極がない場合における放射素子と接地電極との間の電気力線の状態を説明するための図である。 周辺電極がある場合における放射素子と接地電極との間の電気力線の状態を説明するための図である。 実施の形態１に従うアンテナモジュールの第２例の平面図である。 図６のアンテナモジュールの斜視図である。 周辺電極の有無によるアンテナ特性を説明するための図である。 周辺電極の配置の第１変形例を示す図である。 周辺電極の配置の第２変形例を示す図である。 実施の形態２に従うアンテナモジュールの斜視図である。 図１１のアンテナモジュールをＸ軸方向から見たときの第２基板の平面図である。 実施の形態２において、周辺電極の有無によるアンテナ特性を説明するための図である。 変形例１のアンテナモジュールの平面図である。 変形例２のアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態３に従うアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態３において、周辺電極の有無による２つの偏波のアイソレーションを説明するための図である。 実施の形態４に従うアンテナモジュールの平面図である。 変形例３のアンテナモジュールの平面図である。 変形例４のアンテナモジュールの平面図である。 実施の形態５に従うアンテナモジュールの平面図である。 図２１のアンテナモジュールの斜視図である。 実施の形態５のアンテナモジュールのゲイン特性を説明するための図である。 実施の形態５のアンテナモジュールの指向性を説明するための図である。 実施の形態６に従うアンテナモジュールの側面透視図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　［実施の形態１］
　（通信装置の基本構成）
　図１は、本実施の形態１に係るアンテナモジュール１００が適用される通信装置１０のブロック図の一例である。通信装置１０は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。本実施の形態に係るアンテナモジュール１００に用いられる電波の周波数帯域の一例は、たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚなどを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。
　図１を参照して、通信装置１０は、アンテナモジュール１００と、ベースバンド信号処理回路を構成するＢＢＩＣ２００とを備える。アンテナモジュール１００は、給電回路の一例であるＲＦＩＣ１１０と、アンテナ装置１２０とを備える。通信装置１０は、ＢＢＩＣ２００からアンテナモジュール１００へ伝達された信号を、ＲＦＩＣ１１０にて高周波信号にアップコンバートし、アンテナ装置１２０から放射する。また、通信装置１０は、アンテナ装置１２０で受信した高周波信号をＲＦＩＣ１１０へ送信し、ダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。
　図１では、説明を容易にするために、アンテナ装置１２０を構成する複数の給電素子（放射素子）１２１のうち、４つの給電素子１２１に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の給電素子１２１に対応する構成については省略されている。なお、図１においては、アンテナ装置１２０が二次元のアレイ状に配置された複数の給電素子１２１で形成される例を示しているが、複数の給電素子１２１が一列に配置された一次元アレイであってもよい。また、アンテナ装置１２０は、給電素子１２１が単独で設けられる構成であってもよい。本実施の形態においては、給電素子１２１は、平板形状を有するパッチアンテナである。
　ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７と、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲと、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄと、移相器１１５Ａ～１１５Ｄと、信号合成／分波器１１６と、ミキサ１１８と、増幅回路１１９とを備える。
　高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがパワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の受信側アンプに接続される。
　ＢＢＩＣ２００から伝達された信号は、増幅回路１１９で増幅され、ミキサ１１８でアップコンバートされる。アップコンバートされた高周波信号である送信信号は、信号合成／分波器１１６で４分波され、４つの信号経路を通過して、それぞれ異なる給電素子１２１に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器１１５Ａ～１１５Ｄの移相度が個別に調整されることにより、アンテナ装置１２０の指向性を調整することができる。
　各給電素子１２１で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる４つの信号経路を経由し、信号合成／分波器１１６で合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８でダウンコンバートされ、増幅回路１１９で増幅されてＢＢＩＣ２００へ伝達される。
　ＲＦＩＣ１１０は、例えば、上記回路構成を含む１チップの集積回路部品として形成される。あるいは、ＲＦＩＣ１１０における各給電素子１２１に対応する機器（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器）については、対応する給電素子１２１毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。
　（第１例）
　次に、図２および図３を用いて、実施の形態１におけるアンテナモジュールの構成の詳細を説明する。図２は、実施の形態１の第１例のアンテナモジュール１００の平面図である。また、図３は、アンテナモジュール１００の側面透視図である。なお、図２の平面図においては、内部の電極が見るように誘電体層が省略されている。
　図２および図３を参照して、アンテナモジュール１００は、給電素子１２１およびＲＦＩＣ１１０に加えて、誘電体基板１３０と、給電配線１４０と、周辺電極１５０と、接地電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２とを含む。なお、以降の説明において、誘電体基板１３０の法線方向（電波の放射方向）をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面をＸ軸およびＹ軸で規定する。また、各図におけるＺ軸の正方向を上方側、負方向を下方側と称する場合がある。
　誘電体基板１３０は、たとえば、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low　Temperature　Co-fired　Ceramics）多層基板、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid　Crystal　Polymer：ＬＣＰ）から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、あるいは、ＬＴＣＣ以外のセラミックス多層基板である。
　誘電体基板１３０は、略矩形状を有しており、その上面１３１（Ｚ軸の正方向の面）に近い層（上方側の層）に給電素子１２１が配置されている。給電素子１２１は、誘電体基板１３０表面に露出する態様であってもよいし、図３の例のように誘電体基板１３０の内部の層に配置されてもよい。なお、本実施の形態１においては、説明を容易にするために、放射素子として給電素子のみが用いられる場合を例として説明するが、給電素子に加えて、無給電素子および／または寄生素子が配置される構成であってもよい。
　誘電体基板１３０において給電素子１２１よりも下面１３２（Ｚ軸の負方向の面）に近い層（下方側の層）には、給電素子１２１に対向して、平板形状の接地電極ＧＮＤ２が配置される。また、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ２との間の層には、接地電極ＧＮＤ１が配置される。
　接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２との間の層は、配線領域として使用される。配線領域には、放射素子に高周波信号を供給するための給電配線、給電配線に接続されるスタブおよびフィルタ、ならびに、他の電子部品と接続するための接続配線などを形成する配線パターン１７０が配置されている。このように、接地電極ＧＮＤ１の給電素子１２１と反対側の誘電体層に配線領域を形成することにより、給電素子１２１と各配線パターン１７０との不必要な結合を抑制することができる。
　誘電体基板１３０の下面１３２には、はんだバンプ１６０を介してＲＦＩＣ１１０が実装されている。なお、ＲＦＩＣ１１０は、はんだ接続に代えて、多極コネクタを用いて誘電体基板１３０に接続されてもよい。
　ＲＦＩＣ１１０から、給電配線１４０を介して、給電素子１２１の給電点ＳＰ１に高周波信号が供給される。給電配線１４０は、ＲＦＩＣ１１０から接地電極ＧＮＤ２を貫通して立ち上がり、配線領域を延伸する。そして、給電配線１４０は、給電素子１２１の直下から、接地電極ＧＮＤ１を貫通して立ち上がり、給電素子１２１の給電点ＳＰ１に接続される。
　図２および図３の例においては、給電素子１２１の給電点ＳＰ１は、給電素子１２１の中心からＹ軸の正方向にオフセットした位置に配置されている。給電点ＳＰ１をこのような位置とすることで、給電素子１２１からはＹ軸方向を偏波方向とする電波が放射される。
　周辺電極１５０は、誘電体基板１３０の端部において、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間の複数の誘電体層に形成される。アンテナモジュール１００においては、誘電体基板１３０の法線方向（Ｚ軸の正方向）から平面視した場合に、矩形状の給電素子１２１の各辺に沿って周辺電極１５０が配置されている。各辺に沿って配置された周辺電極１５０は、給電素子１２１の偏波方向（Ｙ軸方向）および当該偏波方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に対して対称な位置に配置されている。
　誘電体基板１３０を平面視した場合に、各周辺電極１５０は積層方向に重なるように配置されている。すなわち、周辺電極１５０は、誘電体基板１３０の各辺に沿った仮想的な導体壁を形成する。そして、積層方向に隣接する周辺電極１５０同士はビア１５５によって電気的に接続されている。さらに、最下段の周辺電極１５０はビア１５５によって接地電極ＧＮＤ１に電気的に接続されている。すなわち、周辺電極１５０は、実質的には、接地電極ＧＮＤ１の端部が積層方向に延長された構成と等価な構成となっている。なお、周辺電極１５０は同一形状でなくてもよく、たとえば、誘電体基板１３０の積層方向に、接地電極ＧＮＤに近づくにつれて電極サイズが大きくされてもよい。
　アンテナモジュール１００においては、積層方向に互いに隣り合う誘電体層に形成されたビア１５５は、誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に互いに重ならないように配置することが好ましい。ビア１５５を形成する導電材料（代表的には銅）は、誘電体材料に比べて加圧された場合の圧縮率が小さい。そのため、誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に各層のビア１５５がすべて同じ位置に配置されていると、誘電体層の圧着のために誘電体基板１３０を加圧プレスしたときに、他の誘電体部分に比べてビア１５５の部分の厚みの減少率が小さくなってしまい、誘電体基板１３０全体の厚みのバラツキの要因になり得る。したがって、上記のように、積層方向に互いに隣り合う誘電体層のビア１５５を異なる位置とすることによって、成形後の誘電体基板１３０の厚み精度を向上させることができる。
　なお、周辺電極１５０同士、および、周辺電極１５０と接地電極ＧＮＤ１との間の電気的接続については、ビア１５５による直接的な接続に限られず、その一部または全部が容量結合とされた構成も含む。
　このような平板形状の放射素子を有するパッチアンテナにおいては、放射素子と接地電極との間の電磁界結合によって電波が放射される。そして、所望のアンテナ特性を実現するためには、放射素子に対して十分に広い面積を有する接地電極を配置することが必要である。
　一方で、パッチアンテナが採用される携帯電話あるいはスマートフォンなどの携帯端末においては、小型化および薄型化に対する要求が依然として高く、それに伴って内蔵されるアンテナ装置のさらなる小型化が必要とされている。
　しかしながら、筐体内の限られた空間にアンテナ装置が配置される場合には、放射素子に対して接地電極を十分に広くすることができない場合が生じ得る。また、アンテナ装置の設置場所あるいは周辺機器との位置関係によって、接地電極を対称な形状とできない場合も生じ得る。このように接地電極のサイズおよび形状が制限されると、放射素子と接地電極との間の電気力線が乱れてしまい、ゲイン、周波数帯域、あるいは指向性などのアンテナ特性に影響が生じるおそれがある。
　図４は、放射素子に対して接地電極の面積を十分に確保できない場合の、放射素子と接地電極との間の電気力線の状態を説明するための図である。給電素子１２１（放射素子）に高周波信号が供給されると、給電素子１２１の端部と接地電極ＧＮＤ１との間で電磁界結合が生じる。このとき、給電素子１２１の一方の端部から接地電極ＧＮＤ１に対して電気力線が放出され、他方の端部においては、接地電極ＧＮＤ１からの電気力線を受ける。
　接地電極ＧＮＤ１の面積が給電素子１２１に対して十分に広い場合には、接地電極ＧＮＤ１における給電素子１２１と対向する面において電気力線が授受される。しかしながら、接地電極ＧＮＤ１の面積が十分に確保できない場合には、図４に示されるように、電気力線の一部が接地電極ＧＮＤ１の裏面に回り込む状態が生じ得る。そうすると、アンテナ装置の裏面側へ放射される電波の割合が増加し、指向性が乱れて所望の方向のアンテナゲインが劣化したり、周波数帯域幅が狭くなったり、円偏波のように偏波方向が変動したりする可能性がある。
　実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、図５のように、接地電極ＧＮＤ１に電気的に接続された周辺電極１５０が、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間の層に配置されている。周辺電極１５０と給電素子１２１との間の距離は、接地電極ＧＮＤ１と給電素子１２１との間の距離よりも短いため、給電素子１２１と電磁界結合の結合度は、接地電極ＧＮＤ１１よりも周辺電極１５０のほうが強くなる。そのため、図４において、接地電極ＧＮＤの裏面側に回り込んでいた電気力線は、図５においては周辺電極１５０との間で発生することになる。これにより、アンテナ装置の裏面側へ電波が放射されることが抑制されるので、ゲイン等のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
　また、周辺電極１５０は、電波の偏波方向および／または当該偏波方向に直交する方向に対称な位置に配置されている。これによって、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間で生じる電気力線の対称性を向上させることができるので、偏波方向の変動を抑制することができる。
　なお、給電素子１２１から放射される電波の自由空間波長をλ０とすると、周辺電極１５０は、偏波方向に沿って給電素子１２１の面中心ＣＰから接地電極ＧＮＤ１の端部までの長さ（図２の距離ＬＧ）がλ０／２未満である場合に配置することが好ましい。
　（第２例）
　図６および図７は、実施の形態１に従うアンテナモジュールの第２例を示す図である。図６はアンテナモジュール１００Ａの平面図であり、図７はアンテナモジュール１００Ａの斜視図である。図６および図７においても、説明を容易にするために、誘電体層については省略されている。
　図６のアンテナモジュール１００Ａは、図２のアンテナモジュール１００に対して接地電極のサイズがさらに制限された場合の例であり、給電素子１２１をアンテナモジュール１００と同様に配置した場合には、平面視したときの給電素子１２１の端部と接地電極ＧＮＤ１の端部との間隔がさらに狭くなる。
　そのため、アンテナモジュール１００Ａにおいては、偏波方向における給電素子１２１の面中心ＣＰから接地電極ＧＮＤ１の端部までの距離をできるだけ確保するために、給電素子１２１は、給電素子１２１の面中心ＣＰを中心としてＺ軸周りに４５°傾けられて配置された構成となっている。すなわち、給電点ＳＰ１は、給電素子１２１の面中心ＣＰからＸ軸の負方向およびＹ軸の正方向に等距離だけオフセットした位置に配置されている。そのため、アンテナモジュール１００Ａにおいては、偏波方向はＹ軸の正方向からＸ軸の負方向に４５°傾いた方向（図６の一点鎖線ＣＬ１の方向）となる。給電素子１２１をこのような配置とすることによって、平面視したときの給電素子１２１の端部と接地電極ＧＮＤ１の端部との間隔を確保し、周波数帯域幅の低下を抑制することができる。
　なお、アンテナモジュール１００Ａにおいては、給電素子１２１を傾けた結果、給電素子１２１が接地電極ＧＮＤ１の範囲（すなわち、誘電体基板１３０の範囲）からはみ出てしまうため、正方形の給電素子１２１の四隅の部分が切除されており、給電素子１２１は全体として八角形の形状となっている。
　そして、アンテナモジュール１００Ａにおいては、給電素子１２１の偏波方向に沿った辺、および、偏波方向に直交する辺に沿って、略直角三角形の周辺電極１５０Ａが給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間の層に配置されている。周辺電極１５０Ａは、偏波方向に平行な第１方向、または、偏波方向に直交する第２方向に斜辺が対向するように配置されている。このように、電波の偏波方向および／または当該偏波方向に直交する方向に対称な位置に周辺電極１５０Ａを配置することによって、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間の結合度を高め、かつ、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間で生じる電気力線の対称性を改善することによって、アンテナ特性の低下を抑制することができる。
　なお、図６および図７においては、周辺電極１５０Ａが略直角三角形の場合について示されているが、周辺電極の形状は直角三角形以外の三角形であってもよいし、図２のような矩形状であってもよい。また、周辺電極１５０のサイズは、対向する給電素子１２１の辺の長さ以上であることが好ましい。また、給電素子１２１から放射される電波の自由空間波長をλ０とすると、周辺電極１５０Ａは、偏波方向（図６の一点鎖線ＣＬ１の方向）に沿って給電素子１２１の面中心ＣＰから接地電極ＧＮＤ１の端部までの長さ（図７の距離ＬＧＡ）がλ０／２未満である場合に配置することが好ましい。
　（アンテナ特性の比較）
　図８を用いて、周辺電極の有無によるアンテナ特性について説明する。図８においては、図６で示した第２例のアンテナモジュール１００Ａの構成について、周辺電極を有さない比較例１とのシミュレーション結果を示している。図８においては、上段から、アンテナモジュールの斜視図、平面図、接地電極の電流分布図、およびアンテナゲインが示されている。なお、電流分布図においては、同じ強度の電流を示す等高線が破線で描かれている。また、アンテナゲインは、給電素子１２１の面中心を原点としたＸ－Ｙ平面において、放射方向（Ｚ軸方向）からの各角度のピークゲインが示されている。
　図８を参照して、比較例１のアンテナモジュール１００＃１においては、給電素子１２１および接地電極ＧＮＤ１の配置についてはアンテナモジュール１００Ａと同様であるが、周辺電極１５０Ａが配置されていない。そのため、比較例１のアンテナモジュール１００＃１においては、電気力線の一部が接地電極ＧＮＤ１の裏面に回り込むことになる。これにより、比較例１のアンテナモジュール１００＃１においては、裏面側（特に１２０°から１８０°）のゲインが大きくなっており、トータルのピークゲインは４．８［ｄＢｉ］となっている。これに比べて、周辺電極１５０Ａを有するアンテナモジュール１００Ａにおいては、裏面側のゲインが小さくなっており、トータルのピークゲインが５．３［ｄＢｉ］に改善されている。すなわち、周辺電極１５０Ａによって裏面側への電気力線の回り込みが抑制されていることがわかる。
　アンテナモジュール１００Ａおよび比較例１のアンテナモジュール１００＃１のいずれも、接地電極ＧＮＤ１のＹ軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法に比べて短く、給電素子１２１の面中心ＣＰを通る偏波方向に対して接地電極の形状が非対称となっている。そのため、アンテナモジュール１００＃１の接地電極における電流分布は、Ｙ軸方向を短軸とする歪んだ楕円形となっている。一方、実施の形態１のアンテナモジュール１００Ａにおいては、偏波方向および偏波方向に直交する方向に対して対称となる位置に周辺電極１５０Ａが配置されている。そのため、接地電極における電流分布は、比較例１と比べると真円に近くなっており、電流の対称性が向上されていることがわかる。
　このように、放射素子に対して接地電極を十分広くできない場合、および／または、給電素子の面中心を通る偏波方向に対して接地電極が非対称となってしまう場合であっても、接地電極に電気的に接続された周辺電極を対称的に配置することによって、放射素子と接地電極との間に生じる電気力線の裏面への回り込みを抑制するとともに、電気力線の対称性を向上させることができる。これにより、接地電極のサイズおよび／または形状が制限される場合のアンテナ特性の低下を抑制することができる。
　（変形例）
　図９は、周辺電極の配置の第１変形例を示す図（側面透視図）である。図９のアンテナモジュール１００Ｂにおいては、図３で示したアンテナモジュール１００と比較すると、周辺電極の積層方向の配置が異なっている。より詳細には、アンテナモジュール１００Ｂにおいては、接地電極ＧＮＤ１に近い誘電体層に形成されている周辺電極１５０Ｂほど、誘電体基板１３０の内側に配置されている。言い換えれば、周辺電極１５０Ｂは、誘電体基板１３０の法線方向から平面視した場合に、接地電極ＧＮＤ１に近くなるほど給電素子１２１に近くなるように配置されている。
　このような構成においても、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間の結合度合いを高めることができるので、アンテナ特性を向上させることができる。さらに、給電素子１２１と、接地電極ＧＮＤ１と、周辺電極１５０Ｃの導体壁とによって囲まれる誘電体が図２で示したアンテナモジュール１００の構成に比べて少なくなり、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との静電容量が減少する。これにより、放射される電波の周波数帯域幅を拡大することが可能となる。
　図１０は、周辺電極の配置の第２変形例を示す図（平面図）である。図２で示したアンテナモジュール１００と比較すると、図１０のアンテナモジュール１００Ｃにおいては、周辺電極１５０Ｃが給電素子１２１の周囲に環状に配置されている。このような周辺電極の形状においても、偏波方向および偏波方向に直交する方向に対称となる位置に周辺電極が配置されているため、裏面側への電気力線の回り込みが抑制されるとともに、電気力線の対称性を向上することができる。したがって、アンテナ特性を向上させることができる。
　［実施の形態２］
　実施の形態１においては、放射素子が単独で配置される構成について説明した。実施の形態２においては、複数の放射素子が配置されたアレイアンテナにおいて周辺電極を用いる構成について説明する。
　図１１は、実施の形態２に従うアンテナモジュール１００Ｄの斜視図である。図１１を参照して、アンテナモジュール１００Ｄのアンテナ装置１２０Ａは、略Ｌ字形状を有する誘電体基板１３０Ａに複数の給電素子１２１が配置されたアレイアンテナである。
　誘電体基板１３０Ａは、互いに法線方向が異なる平板形状の第１基板１３０１および第２基板１３０２と、第１基板１３０１および第２基板１３０２を接続する屈曲部１３５とを含む。
　第１基板１３０１はＺ軸方向を法線方向とする矩形状の平板であり、Ｙ軸方向に沿って４つの給電素子１２１が配列されている。第１基板１３０１の裏面側にはＲＦＩＣ１１０が配置されている。
　第２基板１３０２はＸ軸方向を法線方向とする平板であり、Ｙ軸方向に沿って４つの給電素子１２１が配列されている。第２基板１３０２は、屈曲部１３５が接続される部分に切欠部１３６が形成されており、当該切欠部１３６からＺ軸の正方向に突出した突出部１３３が形成されている。第２基板１３０２に配置される給電素子１２１の各々は、少なくとも一部がこの突出部１３３に形成されている。
　このような構成は、たとえば、スマートフォンのような薄い板状の機器において、主面側および側面側の２方向に電波を放射する場合に用いられる。アンテナモジュール１００Ｄの場合、第１基板１３０１が主面側に対応し、第２基板１３０２が側面側に対応する。この場合、側面側に配置される第２基板１３０２については、機器の厚み方向、すなわちＺ軸方向の寸法が制限され、十分な広さの接地電極ＧＮＤ１が確保できない場合が生じ得る。また、屈曲部１３５との接続のための切欠部１３６によって接地電極ＧＮＤ１の形状が各給電素子１２１の面中心を通る偏波方向に対して非対称となり、さらに接地電極ＧＮＤ１の形状が給電素子１２１ごとに異なってしまう。そうすると、アレイアンテナの各給電素子１２１のアンテナ特性が不均一となるため、アレイアンテナ全体としての特性も悪化する可能性がある。
　そのため、実施の形態２においては、アレイアンテナにおいて実施の形態１で説明したような周辺電極を適用することによって、アレイアンテナを構成する複数の給電素子のアンテナ特性を均一化し、アレイアンテナ全体のアンテナ特性を改善する。
　図１２は、図１１のアンテナモジュール１００ＤをＸ軸方向から見たときの、第２基板１３０２の平面図である。なお、図１２においては、誘電体層が省略されている。第２基板１３０２に配置された給電素子１２１は、実施の形態１の第２例で説明したアンテナモジュール１００Ａと類似の構成を有している。
　より詳細には、給電素子１２１の各々は、給電点ＳＰ１（すなわち偏波方向）がＺ軸に対して４５°傾いて配置され、さらに四隅が削除された八角形の形状とされている。そして、給電素子１２１の偏波方向に沿った辺および偏波方向に直交する方向に沿った辺に対向した位置において、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ１との間の層に周辺電極１５０Ａが配置される。このような構成とすることによって、接地電極のサイズおよび／または形状の制限により、各給電素子に対応する接地電極にばらつきが生じる場合であっても、周辺電極によってアンテナ特性を均一化することができる。
　図１３は、図１１および図１２に示したようなアレイアンテナにおいて、周辺電極の有無によるアンテナ特性の違いを説明するための図である。図１３においては、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｄの第２基板１３０２の部分、および、周辺電極１５０Ａが配置されない比較例２のアンテナモジュール１００＃２についてのシミュレーション結果が示されている。図１３においては、中段に隣接する２つの給電素子１２１－１，１２１－２の反射損失が示されており、下段には４つの給電素子１２１－１～１２１－４から電波を放射した場合のアンテナゲインが示されている。
　なお、反射損失については、実線ＬＮ２０，ＬＮ２０＃が給電素子１２１－１を示しており、破線ＬＮ２１，ＬＮ２１＃が給電素子１２１－２を示している。また、アンテナゲインについては、Ｘ軸方向に放射される電波のメインローブＭＬ１およびサイドローブＳＬ１，ＳＬ２のうちメインローブＭＬ１のピークゲインが示されている。アンテナゲインについては、実線ＬＮ２５が実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｄを示しており、破線ＬＮ２６が比較例２のアンテナモジュール１００＃２を示している。
　図１３を参照して、比較例２のアンテナモジュール１００＃２においては、反射損失が低下する周波数、および、所定の反射損失が実現される周波数帯域幅が、２つの給電素子で若干ずれている。すなわち、隣接する２つの給電素子において、異なったアンテナ特性となっている。一方、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｄにおいては、隣接する２つの給電素子において、反射損失が低下する周波数、および、周波数帯域幅がほぼ同じとなっており、アンテナ特性のばらつきが低減されている。
　これにより、通過帯域におけるアンテナゲインについても、比較例２のアンテナモジュール１００＃２（破線ＬＮ２６）に比べて、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｄ（実線ＬＮ２５）の方が大きくなっており、アンテナ特性が改善されていることがわかる。
　以上のように、アレイアンテナが形成されるアンテナモジュールにおいて、放射素子に対して接地電極のサイズおよび／または形状が制限される場合であっても、各放射素子に対して、偏波方向および／または偏波方向に直交する方向に対称な位置に周辺電極を配置することによって、放射素子間のアンテナ特性のばらつきを低減することができ、アンテナモジュール全体としてのアンテナ特性を向上させることができる。
　（変形例１）
　図１１および図１２で示した実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｄにおいては、隣接する給電素子ごとに個別に周辺電極が配置される構成について説明した。変形例１においては、アレイアンテナにおいて、隣接する給電素子の周辺電極を共通化することによって、アンテナ特性をさらに向上させる構成について説明する。
　図１４は、変形例１に従うアンテナモジュール１００Ｄ１の平面図である。アンテナモジュール１００Ｄ１においては、給電素子１２１－１と給電素子１２１－２との間の周辺電極１５０Ａ、および、給電素子１２１－３と給電素子１２１－４との間の周辺電極１５０Ａが、接続電極１５１によって電気的に接続されて一体化されている。なお、周辺電極１５０Ａおよび接続電極１５１は、個別の要素を連結したものでなく、一体化して形成されたものであってもよい。
　このように、隣接する周辺電極を共通化することによって、給電素子から放出される電気力線を受ける周辺電極の面積が大きくなるので、接地電極ＧＮＤ１の裏面に回り込む電気力線を抑制することができる。これによって、アンテナゲインの劣化、周波数帯域幅の狭隘化、偏波方向の変動などのアンテナ特性の低下をより一層抑制することができる。
　なお、周辺電極の一部が共通化された場合には、各給電素子における電気力線分布の対称性が悪化する場合が生じ得るが、そのような場合には、共通化されていない周辺電極の大きさおよび／または形状などを適宜調整するようにしてもよい。
　（変形例２）
　変形例１においては、隣接する給電素子の周辺電極を別の接続電極によって一体化する構成について説明した。
　図１５に示される変形例２のアンテナモジュール１００Ｄ２においては、図１４の接続電極１５１を用いず、周辺電極１５０自体が互いに接するように給電素子１２１が配置されており、隣接する周辺電極１５０が連結されて共通化された構成となっている。図１５のアンテナモジュール１００Ｄ２においても、給電素子から放出される電気力線を受ける周辺電極の面積が大きくなるので、アンテナゲインの劣化、周波数帯域幅の狭隘化、偏波方向の変動などのアンテナ特性の低下をより一層抑制することができる。
　［実施の形態３］
　実施の形態１および実施の形態２においては、１つの放射素子から単独の偏波方向の電波が放射される構成について説明した。実施の形態３においては、１つの放射素子から異なる２つの偏波方向の電波を放射することが可能な、いわゆるデュアル偏波タイプのアンテナモジュールに周辺電極を適用した構成の例について説明する。
　図１６は、実施の形態３に従うアンテナモジュール１００Ｅの平面図である。アンテナモジュール１００Ｅは、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ｄと同様のアレイアンテナであるが、各給電素子１２１－１～１２１－４に２つの給電点ＳＰ１，ＳＰ２が配置されている点が異なっている。各給電素子１２１－１～１２１－４において、給電点ＳＰ１に高周波信号が供給されると、Ｚ軸からＹ軸の負方向に４５°傾いた方向（一点鎖線ＣＬ１の延在方向）を偏波方向とする電波が放射される。また、給電点ＳＰ２に高周波信号が供給されると、Ｚ軸からＹ軸の正方向に４５°傾いた方向（一点鎖線ＣＬ２の延在方向）を偏波方向とする電波が放射される。
　なお、給電素子１２１－２は、隣接する給電素子１２１－１に対して１８０°回転した態様で配置されている。また、給電素子１２１－４は、隣接する給電素子１２１－３に対して１８０°回転した態様で配置されている。そして、互いに１８０°回転した態様で配置された給電素子間においては、同じ給電点には、位相が反転された高周波信号が供給される。このような位相調整によって、各給電素子から放射される各偏波方向の電波の位相を一致させることができる。さらに、隣接配置された給電素子を１８０°回転させて配置することで、交差偏波識別度（Cross　Polarization　Discrimination：ＸＰＤ）を改善することができる。
　そして、アンテナモジュール１００Ｅにおいても、各給電素子１２１－１～１２１－４に対して、偏波方向および偏波方向に直交する方向に対称な位置に、周辺電極１５０Ａが配置される。これによって、接地電極ＧＮＤ１のサイズおよび／または形状の制限に伴う給電素子間のアンテナ特性のばらつきを低減し、アンテナモジュール全体としてのアンテナ特性を改善することができる。
　図１７は、デュアル偏波タイプのアンテナモジュールにおいて、周辺電極の有無による２つの偏波のアイソレーションを説明するための図である。図１７においては、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｅ、および、周辺電極１５０Ａが配置されない比較例３のアンテナモジュール１００＃３における、２つの給電点間のアイソレーションのシミュレーション結果が示されている。図１７からわかるように、所望の通過帯域において、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｅのアイソレーションが、比較例３のアンテナモジュール１００＃３のアイソレーションよりも改善している。２つの偏波間のアイソレーションが改善することで、反射損失およびゲインが改善され、さらにアクティブインピーダンスの向上にもつながる。
　以上のように、デュアル偏波タイプのアンテナモジュールにおいても、各放射素子に対して、偏波方向および／または偏波方向に直交する方向に対称な位置に周辺電極を配置することによって、接地電極に制約がある場合でもアンテナ特性を向上させることができる。
　上記の説明においては、デュアル偏波タイプのアレイアンテナに周辺電極を適用した例ついて説明したが、実施の形態１で示したような、放射素子が１つの場合のデュアル偏波タイプのアンテナモジュールにも適用可能である。
　［実施の形態４］
　上述の実施の形態においては、放射素子から放射される電波の周波数帯域が１つの場合について説明した。実施の形態４においては、各放射素子から異なる２つの周波数帯域の電波を放射することが可能な、いわゆるデュアルバンドタイプのアンテナモジュールについて、上記のような周辺電極を適用した構成について説明する。
　図１８は、実施の形態４に従うアンテナモジュール１００Ｆの平面図である。アンテナモジュール１００Ｆは、実施の形態３と同様にデュアル偏波タイプのアレイアンテナであるが、放射素子として、給電素子１２１Ａに加えて無給電素子１２２を有している点が異なっている。
　無給電素子１２２は、給電素子１２１Ａと接地電極ＧＮＤ１との間の層に配置されている。ＲＦＩＣ１１０からの給電配線は、無給電素子１２２を貫通して給電素子１２１Ａの給電点ＳＰ１，ＳＰ２に接続される。無給電素子１２２の偏波方向の寸法は、給電素子１２１Ａの偏波方向の寸法よりも大きい。そのため、無給電素子１２２の共振周波数は給電素子１２１Ａの共振周波数よりも低い。無給電素子１２２の共振周波数に対応した高周波信号が供給されることによって、無給電素子１２２からは、給電素子１２１Ａよりも低い周波数帯域の電波が放射される。すなわち、アンテナモジュール１００Ｆは、異なる２つの周波数帯域の電波を放射することができるデュアルバンドタイプのアンテナモジュールである。
　なお、給電素子１２１Ａおよび無給電素子１２２は、接地電極ＧＮＤ１のサイズの制約により、偏波方向がＺ軸方向に対して４５°傾くように配置される。さらに、無給電素子１２２については、接地電極ＧＮＤ１からはみ出る四隅の部分が削除されて八角形の形状とされている。
　ここで、高周波数側の給電素子１２１Ａについては、無給電素子１２２との間の電磁界結合によってアンテナとして機能する。一方で、無給電素子１２２については、接地電極ＧＮＤ１との間の電磁界結合によってアンテナとして機能する。接地電極ＧＮＤ１については、実施の形態２および実施の形態３と同様に、無給電素子１２２に対して十分な広さが確保できておらず、さらに無給電素子１２２の面中心を通る偏波方向に対して非対称な形状となっている。
　そのため、アンテナモジュール１００Ｆにおいては、無給電素子１２２の偏波方向に沿った辺および偏波方向に直交する方向に沿った辺に対向した位置において、無給電素子１２２と接地電極ＧＮＤ１との間の層に周辺電極１５０Ａが配置される。これにより、無給電素子１２２間におけるアンテナ特性のばらつきを低減し、アンテナモジュール全体としてのアンテナ特性を向上させることができる。
　なお、アンテナモジュール１００Ｆにおいては、放射素子として給電素子と無給電素子とを備える構成の例について説明したが、２つの放射素子をいずれも給電素子としてもよい。
　（変形例３）
　図１９は、変形例３に従うアンテナモジュール１００Ｆ１の平面図である。変形例３のアンテナモジュール１００Ｆ１においては、図１４で説明した変形例１と同様に、アンテナモジュール１００Ｆの隣接する放射素子の周辺電極１５０Ａが接続電極１５１により連結されて共通化されている。このような構成とすることによって、無給電素子１２２から放出される電気力線の接地電極ＧＮＤ１の裏面への回り込みを抑制できるので、実施の形態４のアンテナモジュール１００Ｆに比べてアンテナ特性の低下をさらに抑制することができる。
　（変形例４）
　図２０は、変形例４に従うアンテナモジュール１００Ｆ２の平面図である。変形例４のアンテナモジュール１００Ｆ２においては、図１５で説明した変形例２と同様に、隣接する周辺電極１５０Ａ同士が接するように給電素子１２１が配置され、当該周辺電極１５０Ａ同士が共通化された構成となっている。このような構成においても、無給電素子１２２から放出される電気力線の接地電極ＧＮＤ１の裏面への回り込みを抑制できるので、実施の形態４のアンテナモジュール１００Ｆに比べてアンテナ特性の低下をさらに抑制することができる。
　［実施の形態５］
　接地電極の裏面に回り込む電気力線を周辺電極を用いて抑制するには、周辺電極の面積を大きくすることが好ましい。一方で、誘電体基板内にスタブあるいはフィルタなどの他の要素を形成する場合には、周辺電極を大きくすると、これらの要素のレイアウトが制約され得る。
　実施の形態５においては、誘電体基板内のレイアウトの自由度の確保、および、基板裏面への電気力線の回り込みの低減を両立することができる構成について説明する。
　図２１および図２２は、実施の形態５に従うアンテナモジュール１００Ｇを示す図である。図２１はアンテナモジュール１００Ｇの平面図であり、図２２はアンテナモジュール１００Ｇの斜視図である。図２１および図２２においても、説明を容易にするために、誘電体層については省略されている。アンテナモジュール１００Ｇにおいては、実施の形態１の第２例で示したアンテナモジュール１００Ａにおける周辺電極１５０Ａに代えて、周辺電極１５０Ｄが配置されている。なお、図２１および図２２において、図６および図７で示したアンテナモジュール１００Ａと共通する要素の説明は繰り返さない。
　図２１および図２２を参照して、アンテナモジュール１００Ｇにおける周辺電極１５０Ｄは、図６および図７で示した周辺電極１５０Ａに比べてやや小さいサイズに形成されている。より具体的には、周辺電極１５０Ａは誘電体基板を平面視した場合に略直角三角形の形状を有しているが、実施の形態５の周辺電極１５０Ｄの例では、上記の直角三角形の直角の頂点部分の一部（図２１の破線領域ＡＲ１）が除去された略台形形状に形成されている。このように、周辺電極の形状を変形して小型化することによって、誘電体基板において他の要素が配置できるスペースを拡張することができる。
　次に、図２３および図２４を用いて、実施の形態５のアンテナモジュール１００Ｇにおけるアンテナ特性を、アンテナモジュール１００Ａのアンテナ特性と比較しながら説明する。図２３はアンテナゲインの周波数特性を示しており、図２４は指向性を示している。
　図２３においては、２８ＧＨｚを中心周波数とする通過帯域の場合のアンテナゲインの周波数特性である。図２３および図２４において、実線ＬＮ４０，ＬＮ５０はアンテナモジュール１００Ａの場合を示しており、破線ＬＮ４１，ＬＮ５１はアンテナモジュール１００Ｇの場合を示している。
　図２３に示されるように、実施の形態５のアンテナモジュール１００Ｇではアンテナモジュール１００Ａに比べて周辺電極が小型化されているため、アンテナゲインについては、アンテナモジュール１００Ａの場合に比べてアンテナモジュール１００Ｇのほうが全体的にやや低くなっている。しかしながら、対象となる通過帯域（２５ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚ）においては、全域にわたって７ｄＢｉ以上のアンテナゲインを確保できている。
　図２４のグラフは、中心周波数２８ＧＨｚの電波を放射したときの指向性を示しており、横軸には、偏波方向に沿った断面における給電素子１２１の法線方向からの角度が示されている。角度０°におけるピークゲインを比較すると、アンテナモジュール１００Ｇの場合には、アンテナモジュール１００Ａの場合に比べて約０．２ｄＢｉ程度低くなってはいるものの、８ｄＢｉのピークゲインが実現できていることがわかる。
　角度が１００°より大きい領域、および、－１００°よりも小さい領域については、アンテナモジュール１００Ｇのゲインがアンテナモジュール１００Ａよりもやや大きくなっている。これは、誘電体基板の裏面への回り込みが増加していることを示している。すなわち、アンテナモジュール１００Ｇの場合は、指向性についても、アンテナモジュール１００Ａよりも若干の低下が見られるものの、全体としては目標とする仕様範囲内を実現することができている。
　以上のように、実施の形態５のアンテナモジュール１００Ｇにおいては、アンテナ特性については、図６で示したアンテナモジュール１００Ａには若干及ばないものの、周辺電極を用いない場合に比べてアンテナ特性を向上することができる。一方で、周辺電極の小型化によって、誘電体基板内におけるレイアウトの自由度を向上することができる。
　アンテナモジュール１００Ａおよびアンテナモジュール１００Ｇのいずれの構成を採用するかについては、要求されるアンテナ特性、および、アンテナモジュール内に配置すべき要素の有無に応じて適宜選択される。
　［実施の形態６］
　上述の実施の形態および各変形例においては、放射素子と接地電極とが同じ誘電体基板に配置される構成について説明した。しかしながら、放射素子は、その他の要素が形成される誘電体基板とは異なる誘電体基板に形成される構成であってもよい。
　図２５は、実施の形態６に従うアンテナモジュール１００Ｈの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ｈにおいては、実施の形態１の図３で示したアンテナモジュール１００における給電素子１２１が誘電体基板１３０Ｂに形成されており、給電素子１２１以外の要素が誘電体基板１３０Ｂから独立した回路基板３００に形成された構成となっている。回路基板３００においては、誘電体基板１３０Ｃに、図３のアンテナモジュール１００における給電素子１２１以外の要素が配置されており、誘電体基板１３０Ｃの下面側にＲＦＩＣ１１０が実装されている。
　誘電体基板１３０Ｂの下面は、回路基板３００の誘電体基板１３０Ｃの上面に対向するように配置されている。給電配線１４０は、誘電体基板１３０Ｂと誘電体基板１３０Ｃとの間に配置された接続端子１６１を介して給電素子１２１に接続されている。接続端子１６１として、はんだバンプ、接続コネクタあるいは接続用ケーブルが用いられる。
　このように、ＲＦＩＣが配置される回路基板と、放射素子が形成される誘電体基板とが個別の基板として形成される構成とすることによって、通信装置内の機器配置の自由度を高めることができる。たとえば、回路基板をマザーボードに配置し、放射素子を筐体に配置する構成とすることができる。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　通信装置、１００，１００Ａ～１００Ｈ，１００Ｄ１，１００Ｄ２，１００Ｆ１，１００Ｆ２　アンテナモジュール、１１０　ＲＦＩＣ、１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７　スイッチ、１１２ＡＲ～１１２ＤＲ　ローノイズアンプ、１１２ＡＴ～１１２ＤＴ　パワーアンプ、１１４Ａ～１１４Ｄ　減衰器、１１５Ａ～１１５Ｄ　移相器、１１６　信号合成／分波器、１１８　ミキサ、１１９　増幅回路、１２０，１２０Ａ　アンテナ装置、１２１，１２１Ａ　給電素子、１２２　無給電素子、１３０，１３０Ａ～１３０Ｃ，１３０１，１３０２　誘電体基板、１３１　上面、１３２　下面、１３３　突出部、１３５　屈曲部、１３６　切欠部、１４０　給電配線、１５０，１５０Ａ～１５０Ｄ　周辺電極、１５１　接続電極、１５５　ビア、１６０　はんだバンプ、１６１　接続端子、１７０　配線パターン、２００　ＢＢＩＣ、３００　回路基板、ＣＰ　面中心、ＧＮＤ，ＧＮＤ１，ＧＮＤ２　接地電極、ＭＬ１　メインローブ、ＳＬ１，ＳＬ２　サイドローブ、ＳＰ１，ＳＰ２　給電点。

Claims (13)

  1. 　複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に形成され、第１偏波方向に電波を放射する放射素子と、
    　前記放射素子に対向して配置された接地電極と、
    　前記放射素子と前記接地電極との間の複数の層に形成され、前記接地電極と電気的に接続された周辺電極とを備え、
    　前記周辺電極は、前記第１偏波方向に平行な第１方向および前記第１偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される、アンテナモジュール。
  2. 　前記放射素子から放射される電波の自由空間波長をλ０とすると、
    　前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記第１偏波方向における前記放射素子の面中心から前記接地電極の端部までの最短距離はλ０／２よりも小さい、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 　前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記接地電極は、前記放射素子の中心を通る偏波方向に対して非対称の形状を有している、請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
  4. 　前記放射素子は、前記第１偏波方向とは異なる第２偏波方向にも電波を放射することが可能である、請求項１～３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  5. 　前記放射素子は、
    　　前記接地電極に対向し、第１周波数帯域の電波を放射する第１素子と、
    　　前記第１素子と前記接地電極との間の層に配置され、前記第１周波数帯域よりも低い第２周波数帯域の電波を放射する第２素子とを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  6. 　前記周辺電極は、前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記放射素子の周囲を囲う環状に形成される、請求項１～５のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  7. 　前記周辺電極は、前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記放射素子における前記第１方向に沿った辺、または、前記第２方向に沿った辺に斜辺が対向する略直角三角形の形状を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  8. 　複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、
    　前記誘電体基板に形成され、互いに隣接して配置される第１放射素子および第２放射素子と、
    　前記第１放射素子および前記第２放射素子に対向して配置された接地電極と、
    　前記第１放射素子と前記接地電極との間の複数の層、および前記第２放射素子と前記接地電極との間の複数の層に形成され、前記接地電極と電気的に接続された周辺電極とを備え、
    　前記周辺電極は、前記第１放射素子および前記第２放射素子の各々において、放射される電波の偏波方向に平行な第１方向および前記偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される、アンテナモジュール。
  9. 　前記第１放射素子に対して配置される第１周辺電極と、前記第２放射素子に対して配置され前記第１周辺電極に隣接する第２周辺電極とは、連結されて共通化されている、請求項８に記載のアンテナモジュール。
  10. 　前記第１周辺電極および前記第２周辺電極は、前記誘電体基板の法線方向から平面視した場合に、前記第１放射素子および前記第２放射素子の各々において、前記第１方向に沿った辺、または、前記第２方向に沿った辺に斜辺が対向する略直角三角形の形状を有する、請求項９に記載のアンテナモジュール。
  11. 　各放射素子に高周波信号を供給するように構成された給電回路をさらに備える、請求項１～１０のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載のアンテナモジュールを搭載した、通信装置。
  13. 　第１偏波方向に電波を放射する放射素子に高周波信号を供給するように構成された回路基板であって、
    　複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、
    　前記放射素子に対向して配置された接地電極と、
    　前記放射素子と前記接地電極との間の複数の層に形成され、前記接地電極と電気的に接続された周辺電極とを備え、
    　前記周辺電極は、前記第１偏波方向に平行な第１方向および前記第１偏波方向に直交する第２方向の少なくとも一方に対して対称な位置に配置される、回路基板。
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